Creation of improved galactokinases for natural product glycorandomization

• Applicant: Professor Dr. Dirk Hoffmeister
• Subject Area: Pharmacology
• Term: from 2002 to 2004
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 5396818

Bei vielen Medikamenten, vor allem bei solchen gegen Infektionskrankheiten und Krebs, spielen spezielle Zucker als Bestandteil des Wirkstoffs häufig eine entscheidende Rolle für die pharmakologischen Eigenschaften. Zur Entwicklung verbesserter Medikamente ist die Verfügbarkeit dieser Zucker dringend erforderlich, jedoch sind diese mit herkömmlichen chemischen Methoden nur unzureichend herstellbar. Eine erfolgversprechende Herangehensweise, die Glycorandomisierung, ist nun vorgeschlagen worden, um eine Vielfalt unterschiedlicher Zucker in einem unspezifischen, zweistufigen enzymatischen Prozeß in die benötigte aktive Form zu überführen. Im ersten Schritt wird eine grosse Anzahl verschiedener Zucker phosphoryliert, im zweiten Schritt erfolgt die Umsetzung zum benötigten Produkt, dem Nucleotid-Zucker. Letztere fliessen dann in die weitere Entwicklung verbesserter Medikamente ein.Prinzipielles Ziel des beantragten Projektes ist die Bereitstellung des für den ersten Schritt benötigten Enzyms (einer sogenannten Galactokinase) mit molekularbiologischen Methoden: Eine bislang nicht einsetzbare, weil hochselektive Kinase soll durch eine in vitro Evolution mit zufälligen genetischen Veränderungen derart modifiziert werden, daß sie unselektiv gegenüber den ihr angebotenen Zuckern wird. Diese neu generierte Kinase liefert dann Zwischenstufen (Zuckerphosphate), die von bereits optimierten Enzymen des zweiten Schrittes zu den benötigten Produkten (Nucleotid-Zucker) umgesetzt werden. Somit hängt der Erfolg der Gesamtstrategie von der Flexibilisierung des ersten Schrittes ab.Das beantragte Projekt besteht aus drei Abschnitten. Ziel des ersten Abschnittes ist die zufällige Erzeugung vieler Enzymvarianten d.h. Herstellung einer Enzymbibliothek. Der zweite Abschnitt hat zum Ziel, diejenigen Bibliotheksmitglieder zu detektieren, die den herkömmlichen Enzymen überlegen, also unspezifischer sind. Der dritte Projektabschnitt beinhaltet die Reinigung und biochemische Charakterisierung der verbesserten Enzyme.

• DFG Programme: Research Fellowships